2.4　變形鎂合金的組織和性能

許多鎂合金既可做鑄造鎂合金又可做變形鎂合金。變形鎂合金經過擠壓、軋制和鍛造等工藝后具有比相同成分的鑄造鎂合金更高的力學性能（見圖2-9）。變形鎂合金制品有：軋制薄板、擠壓件（如棒、型材和管材）和鍛件等。這些產品具有成本更低、強度和延展性更高以及力學性能多樣化等優點。其工作溫度不超過150℃。

在變形鎂合金中，常用的合金系是Mg-Al系與Mg-Zn-Zr系。Mg-Al系變形合金一般屬于中等強度，塑性較高的變形鎂材料，鋁含量為0～8%，典型的合金為AZ31、AZ61和AZ80合金，由于Mg-Al合金具有良好的強度、塑性和耐腐蝕綜合性能，而且價格較低，因此是最常用的合金系列。Mg-Zn-Zr系合金一般屬于高強度材料，變形能力不如Mg-Al系合金，常要用擠壓工藝生產，典型合金ZK60合金。常用變形鎂合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A和ZK60等，其性能見表2-15。

典型的含稀土的變形鎂合金有ZE10A（Mg-1.5Zn-0.2RE）。但由于變形鎂合金的開發與應用還不夠充分，有關稀土對其組織和性能的影響的研究遠不如在鑄造鎂合金中的那么深入。

在鎂中加鋰元素能獲得超輕變形鎂鋰合金，它是迄今為止最輕的金屬結構材料，具有極優的變形性能和較好的超塑性能，已能應用在航天和航空器上面。

2.4.1　變形鎂合金組織

AZ31擠壓組織晶粒尺寸為15～20μm，如圖2-10（a）所示。AZ61擠壓組織如圖2-10（b）所示。可見，其組織由α相和沿晶界分布的β相組成，并存在孿晶組織。但是其組織形態與AZ80組織有明顯的不同。組織晶粒大小差距懸殊，大晶粒有的長達250μm左右，而小的僅有10μm左右。從側向看，晶粒變形程度非常高，存在形變織構。

圖2-10（c）為AM60擠壓組織，它是由α相和沿晶界分布的β相組成的。組織很不均勻，存在少量孿晶組織。其組織為大小不等的等軸再結晶晶粒，小晶粒尺寸約為10μm左右，大晶粒尺寸約為150μm，其平均尺寸約為56μm。在晶界或晶內分布著大小不等的黑色AlMn相粒子。圖2-10（d）為鎂合金AZ80組織，AZ80晶粒較細小，晶粒度約為17μm。從圖2-10中也可明顯地見到擠壓織構（圖中黑色成線狀的β相代表了擠壓方向）。圖2-11為AZ80 TEM照片顯示β相為板條狀，板條之間存在一定的位相關系。

圖2-12為AM60-R的軋制組織形貌。軋制組織較擠壓組織均勻，縱向可見高密度孿晶晶粒，其晶粒尺寸很難分辨，只有極少量的晶粒為非孿晶晶粒，在晶界可見到細小晶粒。

2.4.2　變形鎂合金性能

變形鎂合金的力學性能與加工工藝、熱處理狀態等有很大關系（表2-16），尤其是加工溫度不同，材料的力學性能可能會有很寬的范圍。在400℃以下溫度擠壓，擠壓合金已發生再結晶。在300℃進行冷擠壓，材料內部保留了許多冷加工的顯微組織特征，如高密度位錯或孿生組織。在再結晶溫度以下擠壓可使擠壓制品獲得更好的力學性能（表2-17）。一些常用變形鎂合金的特性見表2-18。

變形鎂合金產品中值得注意的兩方面是：①變形時鎂的彈性模量擇優取向不敏感，因此在不同的變形方向上，彈性模量的變化不明顯；②變形鎂合金產品壓縮屈服強度低于其拉伸屈服強度，即σc∶σt≈0.5～0.7，因此在涉及如彎曲等不均勻塑性變形時需特別注意。根據鎂的這些變形特點，在以后的變形鎂合金的發展過程中要注意把塑性變形與熱處理結合起來，充分利用細晶強化等新工藝方法，通過添加適當的合金元素（特別是稀土元素）來改進合金性能，制得先進的變形鎂合金材料。